專利名稱:靶材與背板的焊接結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,尤其涉及靶材與背板的焊接結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù):
大規(guī)模集成電路的制作中,靶材組件是由符合濺射性能的靶材和與所述 耙材結(jié)合、具有一定強(qiáng)度的背板構(gòu)成。所述背板可以在所述靶材組件裝配至 濺射基臺(tái)中起到支撐作用,并具有傳導(dǎo)熱量的功效。
目前,將靶材和背板進(jìn)行焊接的工藝通常會(huì)采用熱等靜壓(HIP)擴(kuò)散焊 接工藝。熱等靜壓工藝是在高溫下利用各向均等的靜壓力進(jìn)行壓制的工藝方 法。該法采用金屬或陶瓷包套(低碳鋼、Ni、 Mo、玻璃等),使用氮?dú)?、氬?作加壓介質(zhì),使材料熱致密化。該法優(yōu)點(diǎn)在于集熱壓和等靜壓的優(yōu)點(diǎn)于一身, 成形溫度低,產(chǎn)品致密,性能優(yōu)良。
但是,在形成耙材組件過程中,通常采用鈦?zhàn)鳛榘胁?、鋁作為背板材料。 由于鈦和鋁是活性較強(qiáng)的金屬元素。當(dāng)溫度升高時(shí),鈦靶材和鋁背板的表面 在空氣中都很快就形成氧化層,兩種金屬接觸面原子不能進(jìn)行有效擴(kuò)散,使 兩者的接合強(qiáng)度達(dá)不到要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種靶材與背板的焊接結(jié)構(gòu)及方法,防止鈦靶 材和鋁背板的接合強(qiáng)度達(dá)不到要求。
為解決上述問題,本發(fā)明提供一種靶材與背板的焊接方法,包括提供 鈦耙材和鋁背板;在鋁背板上形成凹槽;將鈦靶材安裝至凹槽內(nèi);采用熱等 靜壓方法將鈥靶材與鋁背板進(jìn)行焊接。本發(fā)明提供一種靶材與背板的焊接結(jié)構(gòu),包括鋁背板,所述鋁背板內(nèi) 形成有凹槽;采用熱等靜壓方法與所述鋁背板中凹槽配合的鈦靶材。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1 )將鈦靶材安裝于鋁背板的 凹槽內(nèi),使兩者完全配合,在后續(xù)焊接過程中,能夠使鈦靶材受壓充分,提 高焊接的效率。并且鈦靶材的尺寸小于鋁背板,大幅度降低了焊接材料的使 用量,同時(shí)這種工藝對靶材的組織結(jié)構(gòu)不會(huì)造成影響,使靶材質(zhì)量符合最終 使用要求。(2)由于熱等靜壓方法(HIP)是在真空中進(jìn)行焊接的一種方法, 因此有效防止了金屬表面被氧化,使鈦靶材和鋁背板之間的結(jié)合強(qiáng)度提高, 焊接的良品率提高。
進(jìn)一步對鋁背板表面進(jìn)行粗糙度加工,能使鋁背板表面的氧化層變薄, 提高鈦耙材和鋁背板之間的結(jié)合強(qiáng)度。
對鋁背板和鈦靶材進(jìn)行清洗,可以將焊接面上的雜質(zhì)和氧化物清除干凈, 為后續(xù)的焊接工藝打好的基礎(chǔ)。
圖1為本發(fā)明制作耙材與背板的焊接構(gòu)的具體實(shí)施方式
流程圖; 圖2至圖5為本發(fā)明制作靶材與背板的焊接構(gòu)的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明制作靶材與背板的焊接構(gòu)的具體實(shí)施方式
流程圖。如圖1 所示,執(zhí)行步驟S101,提供鈦靶材和鋁背板;
所述鈦耙材為高純鈦(4N5)或陶資濺射鈦(5N)。
執(zhí)行步驟S102,在鋁背板上形成凹槽;
形成凹槽的步驟可以是在鋁背板上旋涂光刻膠層;經(jīng)過光刻工藝,在 光刻膠層上定義出凹槽圖形;以光刻膠層為掩膜,沿凹槽圖形刻蝕鋁背板,形成與鈦靶材尺寸一致的凹槽。
執(zhí)行步驟S103,將鈦靶材安裝至凹槽內(nèi);
將鈥耙材放入凹槽內(nèi)之前還包括對鋁背板表面進(jìn)行粗糙度加工;對鈦 把材和鋁背板進(jìn)行清洗,其中對鈦靶材進(jìn)行的是酸洗,對鋁背板進(jìn)行的是酒 精洗。
執(zhí)行步驟S104,采用熱等靜壓方法將鈦靶材與鋁背板進(jìn)行焊接。 上述焊接工藝為熱等靜壓的擴(kuò)散焊接。
將鈦耙材與鋁背板進(jìn)行焊接之前還包括步驟將鈦靶材和鋁背板放入真
空包套內(nèi);對真空包套進(jìn)行抽真空。
基于上述實(shí)施方式形成的耙材與背板的焊接結(jié)構(gòu),包括鋁背板,所述 鋁背板內(nèi)形成有凹槽;采用熱等靜壓方法與所述鋁背板中凹槽配合的鈦靶材。
本發(fā)明將鈦靶材安裝于鋁背板的凹槽內(nèi),使兩者完全配合,在后續(xù)焊接 過程中,能夠使鈦靶材受壓充分,提高焊接的效率。并且鈦靶材的尺寸小于 鋁背板,大幅度降低了焊接材料的使用量,同時(shí)這種工藝對靶材的組織結(jié)構(gòu)
不會(huì)造成影響,使靶材質(zhì)量符合最終使用要求。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。
圖2至圖5為本發(fā)明制作靶材與背板的焊接構(gòu)的實(shí)施例示意圖。如圖2 所示,提供鈦靶材20,鈦靶材20的形狀,根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、濺射設(shè)備的實(shí)際要 求,可以為圓形、矩形、環(huán)形、圓錐形或其他類似形狀(包括規(guī)則形狀和不 規(guī)則形狀)中的任一種,且其厚度可以為5mm 20mm。作為 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例, 鈥耙材20的形狀為圓形,直徑為360mm,厚度為10mm。
提供鋁背板30。鋁背板30的形狀,根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、濺射設(shè)備的實(shí)際要求, 可以為圓形、矩形、環(huán)形、圓錐形或其他類似形狀(包括規(guī)則形狀和不規(guī)則 形狀)中的任一種,且其厚度可以為30mm至60mm不等。優(yōu)選方案為圓形,直徑為在設(shè)計(jì)尺寸上加10mm至20mm的余量。增加余量的目的是對形成靶 材組件之后的加工步驟提供比較寬裕的加工空間。
在對鈦耙材20進(jìn)行焊接工藝之前,需要對鈦靶材20進(jìn)行機(jī)械加工工藝, 使鈦靶材表面的粗糙度降低,提高后續(xù)鈦靶材與鋁背板之間的接合強(qiáng)度。
經(jīng)過機(jī)械加工后,需要對焊接面進(jìn)行清洗。清洗鈥靶材20的焊接面的方 法有多種。
作為本實(shí)施例的一個(gè)方案就是先用酸液清洗,再用有機(jī)溶劑清洗。所述 用于清洗的酸液可以選取氫氟酸(HF)、硝酸(HN03)和水混合溶劑;較佳 地,例如可以是氫氟酸(HF)和硝酸(HN03)的混合溶劑,所述混合溶劑中 氬氟酸硝酸水=1: 10: 50 1: 3: 50;作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,氫氟酸硝 酸水=1:5:50。
對鈦靶材20的焊接面進(jìn)行清洗工藝,可以將焊接面上的雜質(zhì)和氧化物清 除干凈,使得鈦靶材20的表面粗糙度可達(dá)3.2微米以下,為后續(xù)的焊接工藝 打好的勤出。
在對鈥靶材20的焊接面進(jìn)行清洗工藝中,可以將鈦靶材20整個(gè)地浸入 清洗溶劑中進(jìn)行清洗;也可以僅針對鈦靶材20的焊接面進(jìn)行表面清洗處理, 相對節(jié)省清洗溶劑并提高工作效率。
如圖3所示,在鋁背板30的焊接面上繼續(xù)進(jìn)行機(jī)械加工,形成凹槽32, 其中凹槽32的尺寸與鈦靶材20—致。對鋁背板30進(jìn)行機(jī)械加工工藝,使鋁 背板30表面的粗糙度降低,提高后續(xù)鈦靶材與鋁背板30之間的接合強(qiáng)度。
對鋁背板30進(jìn)行機(jī)械加工后,對鋁背板30表面進(jìn)行清洗處理。在本實(shí) 施例中,所述表面清洗處理可以直接使用濃度為50%的酒精,改善鋁背板30 的表面光潔度,為后續(xù)焊接工藝估支準(zhǔn)備。
另外,為防止鋁背板30產(chǎn)生開裂,鋁背板30在焊接前還可以進(jìn)行包括 均質(zhì)化處理在內(nèi)的其他預(yù)處理。如圖4所示,將鈦靶材20安裝至鋁背板30的凹槽32內(nèi),所述鈦耙材的 焊接面與鋁背板30的焊接面接觸。
如圖5所示,進(jìn)行焊接作業(yè),將鋁背板30與鈦靶材20進(jìn)行焊接。
本實(shí)施例中,所述焊接作業(yè)采用的是熱等靜壓方法對鈦靶材20和鋁背板 30進(jìn)行擴(kuò)散焊接。具體來講,所述擴(kuò)散焊可以包括步驟先準(zhǔn)備一個(gè)真空包 套40,所述真空包套為1.0mm 2.0mm鋁焊接成型的;然后將形成有放置有鈦 耙材20的鋁背板30放入真空包套40內(nèi);對真空包套40進(jìn)行抽真空至壓強(qiáng)為 l(T3Torr~l(r5Torr,然后將真空包套40的抽氣口采用機(jī)械方法封死;接著,進(jìn) 行加溫至600。C,其中升溫時(shí)間為3小時(shí),降溫時(shí)間為6小時(shí)。并通過高壓液體 或氣體進(jìn)行加壓,使真空包套內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到50MPa 160MPa,使鈥耙材20與鋁背 板30結(jié)合在一起,構(gòu)成靶材組件。采用熱等靜壓擴(kuò)散焊技術(shù),可以將鋁背板 30鈦靶材20結(jié)合在一起,制作完成靶材結(jié)構(gòu),具有結(jié)合緊密度高、受熱抗變 形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
與一般的擴(kuò)散焊接工藝相比較,熱等靜壓方法使用的材料更少,焊接的 靶材組件的質(zhì)量通過率更高,焊接的強(qiáng)度也更高。
最后,去除真空包套,最終獲得擴(kuò)散焊接后的產(chǎn)品。
基于上述實(shí)施例形成的靶材與背板的焊接結(jié)構(gòu),包括鋁背板30,所述 鋁背板30中形成有凹槽32,凹槽32的尺寸與鈦靶材20 —致;鈦靶材20, 位于凹槽32內(nèi)。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上,但其并不是用來限定本發(fā)明,任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),都可以做出可能的變動(dòng)和 修改,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種靶材與背板的焊接方法,其特征在于,包括提供鈦靶材和鋁背板;在鋁背板上形成凹槽;將鈦靶材安裝至凹槽內(nèi);采用熱等靜壓方法將鈦靶材與鋁背板進(jìn)行焊接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶材與背板的焊接方法,其特征在于,形成凹槽的 工藝為積4成加工。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的靶材與背板的焊接方法,其特征在于,所述凹槽的 尺寸與鈦靶材一致。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶材與背板的焊接方法,其特征在于,將鈦靶材放 入凹槽內(nèi)之前還包4舌對鋁背板表面進(jìn)行粗糙度加工; 對鈦耙材和鋁背板進(jìn)行清洗。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的靶材與背板的焊接方法,其特征在于,清洗鈦靶材 的溶液為氫氟酸、硝酸和水的混合溶液,其中氫氟酸硝酸水=1: 10: 50~1: 3: 50。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的靶材與背板的焊接方法,其特征在于,清洗鋁背板 的溶液為酒精,濃度為50%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶材與背板的焊接方法,其特征在于,將鈦靶材安 裝至凹槽內(nèi)之后還包括將鈦靶材和鋁背板放入真空包套內(nèi);對真空包套 進(jìn)行抽真空。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶材與背板的焊接方法,其特征在于,所述熱等靜 壓處理進(jìn)4f焊-接時(shí),其加熱溫度為600°C,升溫時(shí)間為3小時(shí),降溫時(shí)間 為6小時(shí),壓強(qiáng)為50MPa。
9. 一種耙材與背板的焊接結(jié)構(gòu),其特征在于,包括鋁背板,所述鋁背板內(nèi)形成有凹槽;采用熱等靜壓方法與所述鋁背板中凹槽配合的鈦靶材。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的靶材與背板的焊接結(jié)構(gòu),其特征在于,所述凹槽的 尺寸與鈦靶材一致。
全文摘要
一種靶材與背板的焊接結(jié)構(gòu)及方法。其中靶材與背板的焊接方法,包括提供鈦靶材和鋁背板;在鋁背板上形成凹槽;將鈦靶材安裝至凹槽內(nèi);采用熱等靜壓方法將鈦靶材與鋁背板進(jìn)行焊接。本發(fā)明大幅度降低了焊接材料的使用量,同時(shí)這種工藝對靶材的組織結(jié)構(gòu)不會(huì)造成影響,使靶材質(zhì)量符合最終使用要求。
文檔編號C23C14/34GK101537533SQ20091013084
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者慶 劉, 姚力軍, 毛立鼎, 杰 潘, 王學(xué)澤 申請人:寧波江豐電子材料有限公司